(57)【要約】【課題】  組立が容易で、小型化に適した吸着式ガス生成装置を提供すること。【解決手段】  製品タンク２２８の下部に直接吸着塔を接続する構成とし、製品タンクと吸着塔との間で従来必要であった配管を不要とした。また、吸着塔間を接続するパージオリフィスについても製品タンク内部に形成した流路を用いて形成することで、さらに配管を省略することが可能となる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料気体中から特定の成分を吸着し、前記原料気体中の前記特定の成分以外の成分濃度が前記原料気体よりも高い製品ガスを生成する吸着塔と、前記吸着塔が生成する前記製品ガスを蓄積する製品タンクとを有する吸着式ガス生成装置であって、
前記製品タンクが、
前記吸着塔を直接接続するための接続部と、
前記接続部から前記製品ガスを前記製品タンクへ供給するための流路とを有することを特徴とする吸着式ガス生成装置。
【請求項２】
前記吸着塔が２つであり、
前記製品タンクが、前記２つの吸着塔に対応して前記接続部を２つ有するとともに、さらに前記２つの吸着塔間を接続する流路をさらに有することを特徴とする吸着式ガス生成装置。
【請求項３】
前記接続部から前記製品ガスを前記製品タンクに供給するための流路が、一方弁を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の吸着式ガス生成装置。
【請求項４】
前記一方弁が、前記製品タンク内に設けられることを特徴とする請求項３記載の吸着式ガス生成装置。
【請求項５】
前記接続部がフランジを有する円筒形状を有し、前記吸着塔の上端に前記接続部と対応する形状のフランジが設けられるとともに、
前記接続部のフランジと前記吸着塔のフランジの両方を上下から挟持し、両方のフランジが接した状態を保持する着脱可能な保持手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の吸着式ガス生成装置。
【請求項６】
前記製品タンクが、略同一形状の複数の部材から構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の吸着式ガス生成装置。
【請求項７】
前記原料気体が大気であり、前記特定の成分が窒素であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の吸着式ガス生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料気体中から選択的にある成分を吸着することにより、所定成分濃度が原料気体よりも高いガスを生成する吸着式ガス生成装置に関し、特に小型で信頼性の高い吸着式ガス生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の成分からなる混合気体中から選択的にある成分を吸着することにより、他の成分濃度の高いガスを生成する装置（本明細書では吸着式ガス生成装置と呼ぶ）として、酸素濃縮器が知られている。酸素濃縮器には様々な形式のものが存在するが、現在はゼオライトなどの吸着剤を用い、大気中の窒素を吸着することにより酸素濃度の高いガス（以下、酸素ガスという）を生成するものが一般的である。酸素濃縮器で生成した酸素ガスは、酸素濃縮器に接続されるカニューラやマスクによって、患者の鼻孔や口腔に供給される。
【０００３】
（酸素濃縮器の構成）
図１は従来の吸着式ガス生成装置の一例としての酸素濃縮器の構成例を示すブロック図である。
酸素濃縮器１０において、コントロール基板２１０は酸素濃縮器の制御に係る部品が実装された基板であり、電源供給状態を検出する電源供給検出回路２１１と、製品タンク２２８に蓄積されている酸素ガスの圧力を検出する圧力トランスジューサ２１２及び、不図示の内蔵ＲＯＭに記憶されている制御手順に従って各構成の動作制御及び各センサの検出値からの異常検出、異常報知制御などを司るＣＰＵ２１３等が実装されている。
【０００４】
また、吸気フィルター２２１は例えばＨＥＰＡ(High Efficiency Particulate Air)フィルター等から構成され、酸素ガスの原料ガスとしての空気取り入れ口に配設されて、空気中のゴミやチリなどを除去する。エアーコンプレッサ２２２は吸気フィルター２２１を通過した空気を所定圧に圧縮して出力するとともに、吸着塔２２５、２２６からの排気を行う真空ポンプとしても機能する。電磁弁２２３はエアーコンプレッサ２２２よりの圧縮空気を吸着塔２２５、２２６に送り込むか（原料空気の場合）、排気マフラー２２４を介して外部に放出する（吸着塔２２５、２２６からの排気ガスの場合）かを制御するために設けられている。排気マフラー２２４はエアーコンプレッサ２２２の出力する圧縮空気を吸着塔２２５、２２６へ供給しない場合などに用いられる排気口である。
【０００５】
吸着塔（シープヘッド）２２５、２２６は圧縮空気から酸素以外の成分を選択的に吸着することにより酸素濃度の高いガスを生成するものであり、例えば窒素の吸着剤が封入されている。吸着塔２２５、２２６内に封入する窒素吸着剤としては例えばゼオライト系吸着剤等を用いることができる。
【０００６】
ＣＰＵ２１３は、電磁弁２２３を切り替えるとともにエアーコンプレッサ２２２を制御し、吸着工程ではコンプレッサ２２２を吸着塔２２５、２２６への圧縮空気の供給源として動作させ、脱着再生工程では吸着塔２２５、２２６内の吸着剤に吸着した窒素等を大気中に排出する真空ポンプとして動作させる。更に、コンプレッサ２２２を作動させる時間も制御することができる。吸着塔２２５、２２６の一方を吸着工程に、他方を脱着再生工程に用いるように電磁弁２２３とコンプレッサ２２２を制御することで、効率よく、かつ安定した酸素ガスの生成が可能になる。
【０００７】
また、電磁弁２２７は、コンプレッサ２２２を吸着工程における圧縮空気供給源として作動させる際に、酸素ガスを製品タンク２２８方向のみに通過させる一方向弁として作動する。製品タンク（保持タンク）２２８は、吸着塔２２５、２２６で生成した酸素ガスを蓄積するために設けられる。
【０００８】
圧力調整器２３０は製品タンク２２８に高圧で蓄積された酸素ガスを、使用者への供給に適した圧力で加湿器１１０に供給する様に圧力調整する。製品タンク２２８の出力ラインには圧力トランスジューサ２１２が接続され、製品タンク２２８からの酸素ガス圧を検出して、ＣＰＵ２１３へ出力している。
【０００９】
酸素濃度センサ２３１は、供給される酸素ガスの酸素濃度を検出し、結果をＣＰＵ２１３へ出力する。流量設定器２３２は、使用者が操作する操作部１８０に設けられた、流量設定ダイヤル（図示せず）等の設定に従った流量で、酸素ガスを加湿器１１０に供給する。ゼオライト系吸着剤に代表される吸着剤では水分も吸着するため、製品タンク２２８から供給される酸素ガスは乾燥したものであることが多い。乾燥した状態で酸素ガスを使用者の鼻や口に供給すると、鼻や口の内部が乾燥してしまうため、加湿器１１０で適当な湿度を与えてから使用者に供給する構成が一般的である。
【００１０】
流量センサ２４１は、カニューラに代表される、酸素ガスを酸素濃縮器から使用者の口や鼻へ導くための供給器具が接続される酸素出口コネクタ２５０近傍に設けられ、実際に酸素濃縮器から流出する酸素ガスの流量を検出してＣＰＵ２１３へ出力する。酸素ガスの流量はＣＰＵ２１３によってＬＥＤ表示器や液晶表示器を有する表示部１５０に表示される。
【００１１】
また、圧力監視用トランスジューサ２４２は酸素出口コネクタ２５０近傍の酸素ガス圧力を検出してＣＰＵ２１３へ出力する。酸素出口コネクタ２５０は酸素濃縮器で生成した酸素ガスが出力する吐出口である。この酸素出口コネクタ２５０にはカニューラ又は延長チューブが装着され、例えばカニューラが途中で折れ曲がって流路を閉塞したような場合には、圧力監視用トランスジューサ２４２の検出圧力が高くなり、カニューラ閉塞異常を検出することが可能である。
【００１２】
表示部１５０は例えばＬＥＤ表示、液晶表示が可能であり、装置の運転状況や異常発生有無及び内容などを表示する。また、表示部１５０にはスピーカー等の音声出力装置が含まれていても良い。表示部１５０における視覚的、聴覚的な出力は、ＣＰＵ２１３の制御によって行われる。
【００１３】
操作部１８０は例えばロータリースイッチやボタン等を含み、使用者が酸素濃縮器に対して指示を与えるために用いられる。ＣＰＵ２１３は操作部１８０の操作に応じて酸素濃縮器の動作を制御する。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−４０６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したような２つの吸着塔を切り替えながら使用する従来の酸素濃縮器（２塔式酸素濃縮器）では、吸着塔同士及び吸着塔と製品タンクとが複雑な配管により接続されるのが一般的であった（特許文献１参照）。
【００１６】
図２に、図１の構成を有する従来の２塔式酸素濃縮器を実現する際の吸着塔及び製品タンク周りの配管の例を示す。
円筒形状の吸着塔２２５、２２６は一方弁としての電磁弁２２７が設けられた配管３０３ａ、３０３ｂを介してそれぞれ製品タンク２２８に接続される。また、吸着塔２２５、２２６の間にはさらに、均圧弁３２０が設けられた配管３０２ａ，３０２ｂと、吸着塔の吸排気効率を向上させるために設けられた、常に吸着塔間をつなぐ小径の流路であるパージオリフィス３１０が設けられた配管３０１ａ，３０１ｂが設けられる。
【００１７】
これらの配管は継手３５０を用いて行われ、さらに各継手においてカシメなどのガス漏れを防止するための作業が必要となるため、組立には非常に手間がかかる。さらに、配管が折れ曲がると内部が閉塞し、酸素ガスの流量低下などの原因となる。酸素濃縮器は主に家庭内で使用されるものであるため、装置が小型であることが望ましいが、配管を折れ曲がらないように引き回すにはある程度の長さが必要となり、小型化を妨げる要因となっていた。
【００１８】
このように、酸素濃縮器を代表とする従来の吸着式ガス生成装置では、吸着塔と製品タンク周りの配管が複雑で、かつ限界に近い配管の引き回しが要求されるため、組み立てが非常に困難である上、装置の小型化も難しかった。
【００１９】
本願発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、小型で組み立てが容易な吸着式ガス生成装置を提供することをその目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
すなわち、本発明の要旨は、原料気体中から特定の成分を吸着し、原料気体中の特定の成分以外の成分濃度が原料気体よりも高い製品ガスを生成する吸着塔と、吸着塔が生成する製品ガスを蓄積する製品タンクとを有する吸着式ガス生成装置であって、製品タンクが、吸着塔を直接接続するための接続部と、接続部から製品ガスを製品タンクへ供給するための流路とを有することを特徴とする吸着式ガス生成装置に存する。
【発明の効果】
【００２１】
このような構成により、本発明の吸着式ガス生成装置によれば、配管が大幅に省略可能であり、組み立てが容易で、かつ小型化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明においては本発明に係る吸着式ガス生成装置を酸素濃縮器に適用した実施形態について説明するが、他の装置に適用することも可能であることは言うまでもない。
【００２３】
■《第１の実施形態》
本実施形態に係る酸素濃縮器の全体的な構成は図１及び図２を用いて説明した従来構成と同じであってよい。そのため、以下の説明では、本実施形態の特徴である製品タンクの構成について説明する。
【００２４】
図３は、本実施形態における製品タンク２２８に、吸着塔２２５及び２２６を接続した状態を示す外観斜視図である。
製品タンク２２８は、第１及び第２のタンク部材４１０及び４２０が接続されてなり、第１のタンク部材４１０の下部には第１吸着塔２２５が、第２のタンク部材４２０の下部には第２吸着塔２２６が、略手錠形状を有する留め具４００によって取り付けられている。また、均圧弁３２０が第１及び第２のタンク部材内部を接続する様に取り付けられている。
【００２５】
図４は、製品タンク２２８のみを示す外観斜視図、図５（ａ）は、図４の矢印ａ方向から見た側面図である。
図に示すように、製品タンク２２８を構成する第１及び第２タンク部材４１０、４２０は、一端がふさがれた円筒形状を有し、水平方向に配置される容器４１１、４２１と、容器４１１、４２１の略中央下部に略垂直に接続される円筒形状の吸着塔接続部４１２、４２２とが例えばエンジニアリングプラスチックなどを用いた射出成形により一体形成されたものである。容器４１１、４２１が、その開口部周囲に設けられたタンク接続部４１５、４２５をねじ等で接続されることで、製品タンク２２８を構成する。
【００２６】
第１及び第２のタンク部材４１０、４２０は、第２のタンク部材にのみ圧力調整器２３０への接続部４２６が設けられ、また均圧弁３２０を接続する接続部４１４、４２４の位置が異なる以外、ほぼ同一の全体形状を有する。
【００２７】
吸着塔接続部４１２、４２２の下部にはフランジ４１３、４２３がそれぞれ設けられており、吸着塔２２５、２２６上部にもやはりフランジ（図５、２２５１）が設けられる。そして、図５（ａ）の矢印１に示すようにフランジ同士を接着させて吸着塔を装着し、留め具４００により吸着塔接続部のフランジ４２３と吸着塔のフランジ２２５１とを上下から挟み込み保持することにより、容易に吸着塔の取り付けを行うことが可能である。
【００２８】
このように、本実施形態においては、製品タンク２２８を構成する部材の一部である吸着塔接続部４１２、４２２を、吸着塔と製品タンクとを接続するための流路としての機能を持たせている。そして、吸着塔２２５、２２６を吸着塔接続部４１２，４２２に直接（配管を用いずに）接続する構成を有する。そのため、吸着塔上部（製品ガス出口）には蓋が存在せず、開いた状態にある。
なお、ここではタンク部材４２０と吸着塔２２５の取付についてのみ説明したが、タンク部材４１０と吸着塔２２６との取り付けも同様に行うことができる。
【００２９】
図６及び図７は、図５（ａ）に矢印Ａ、Ｂで示す位置及び方向における垂直断面図である。なお、図６、図７は視線方向が互いに逆転している点に留意されたい。
図６及び図７に示すように、容器４１１、４２２の内部空間により、製品タンク２２８が形成されている。また、吸着塔接続部４１２、４２２の内部空間４１８、４２８は一方弁接続部４１１１、４２１１と通じており、一方弁接続部４１１１、４２１１に取り付けられる一方弁２２７を通じて図面下部に接続される吸着塔２２６、２２５の上部空間と容器４１１、４２１の内部空間（すなわち、製品タンク２２８）との間を接続する。
このように、一方弁２２７を製品タンク内部に配置し、一方弁２２７と吸着塔とを接続部４１２、４２２の内部空間４１８、４２８が形成する製品ガス流路で接続する構成を有することで、図２における、吸着塔２２６、２２５と製品タンク２２８とを接続する為の配管３０３ａ，３０３ｂや継手３５０等が不要となる。
【００３０】
また、接続部４１２、４２２の対向する側面には、略水平方向に延び、内部空間４１８、４２８との流路４１９、４２９に接続される凹部４３２、４３１が設けられている。従って、流路４１９、４２９及び凹部４３２、４３１は、接続部４１２、４２２の内部空間４１８、４２８を常時接続するパージオリフィスとして機能する。ただし、パージオリフィスは小径の流路である必要があるため、対向する凹部４３２、４３１で形成される円筒形状の空間に、適切な大きさの孔が設けられたパージオリフィス部材３１０がはめ込まれている。
【００３１】
パージオリフィス部材３１０と凹部４３２、４３１との関係をより明確に示す分解斜視図が図８である。このように、対向する凹部４３２、４３１で形成される空間にパージオリフィスとして適切な径の流路を構成するための部品を挿入して容器４１１、４２１を接続することで、流路４１９、４２９及び凹部４３２、４３１が連絡流路、すなわち図２におけるパージオリフィス３１０として機能する。そのため、従来必要であった配管３０１ａ、３０１ｂ及び継手３５０が不要となる。なお、パージオリフィス部材３１０と凹部４３２、４３１との間にはＯリング（図示せず）が設けられ、気密性を維持している。
【００３２】
図９は、留め具４００の全体構成例を示す斜視図である。
本実施形態における留め具４００は、同一形状を有する２つの部材４０１、４０２の両端を接続することにより用いる。
部材４０１、４０２には上述した接続部４１２、４２２のフランジ４１３、４２３と、吸着塔２２６、２２５上部のフランジ２１１５とを上下から挟み込むための溝４０３、４０４が内面全体に渡って設けられている。
【００３３】
従って、吸着塔２２５、２２６の全周に渡ってフランジを保持することが可能であり、確実な取付を行うことができる。また、接続部のフランジと吸着塔のフランジとが接している部分を側方から溝４０３、４０４に入れ込み、両端に設けられた一対の孔４０５、４０６及び４０７、４０８をそれぞれピンなどで接続することにより吸着塔２２５、２２６と製品タンク２２８との接続を行うことが可能であるため、非常に組立が簡単である。
【００３４】
このようにして組立を行った後、図３に示すように均圧弁３２０を接続部４１４、４２４に接続する。また、接続部４２６を圧力調整器２３０へ、吸着塔２２５、２２６を電磁弁２２３に接続することで、図１と同等の構成を有する酸素濃縮器を構成することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の構成によれば、パージオリフィス３１０を挟み込みながら２つの容器４１１、４２１を接続し、留め具４００を用いて容器４１１、４２１下部の接続部４１２、４２２に吸着塔２２６、２２５を装着するだけで、製品タンク２２８と吸着塔２２５、２２６との接続、吸着塔２２５、２２６とパージオリフィス３１０との接続が可能となる。これらの接続に配管は用いていないため、組立が非常に容易であり、かつ信頼性が高い。また製品タンク２２８と吸着塔２２５、２２６とが一体的に構成されるため、酸素濃縮器の小型化を実現することが可能である。
【００３６】
■《第２の実施形態》
第１の実施形態では、均圧弁３２０については配管を用いて吸着塔２２５、２２６と（接続部４１２、４２２の内部空間４１８、４２８と）接続する構成であった。しかしながら、パージオリフィス３１０を設けた構成と同様、接続部４１２、４２２の側面から水平方向に延びる凹部をもう一組設け、円筒形状の均圧弁を挟み込むように構成することにより、均圧弁３２０を接続するための配管も省略することが可能となる。
【００３７】
■《他の実施形態》
上述の実施形態では、２つの吸着塔を有する酸素濃縮器を例にして説明したが、吸着塔が１つであっても本発明を適用することができる。この場合、パージオリフィスを構成する連絡流路は設けないが、製品タンクと吸着塔とを直接接続することによる配管の省略及び小型化の達成という本発明の効果は同様に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用可能な酸素濃縮器の構成例を示すブロック図である。
【図２】従来の酸素濃縮器における吸着塔−製品タンク周りの配管の例を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る製品タンクと、吸着塔とを接続した状態の構成例を示す外観斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る製品タンクの構成例を示す外観斜視図である。
【図５】図４の矢印ａ方向から見た側面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】パージオリフィス３１０の取り付け構造を説明する斜視図である。
【図９】留め具４００の構成例を示す外観斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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